(57)【要約】【課題】分散電源が連系される配電線の電圧を最適化して電力供給の安定性を高める。【解決手段】本実施形態に係る分散電源システムは、スマートメータ３を介して分散電源（太陽光発電）が配電線に連系されるシステムであって、配電自動化システム１は、配電線における分散電源が連系されるノードの電圧値と、配電用変電所の電圧値とを収集し、スマートメータ３で計測された配電線へ送り出される電力量をメータデータ管理システム２を介して収集し、ノードの電圧値が電圧目標値を上回る場合に、ノードの電圧値と、配電用変電所の電圧値と、電圧目標値と、スマートメータ３で取得された電力量と、ノードの配電線インピーダンスとを用いて無効電力制御量を計算し、無効電力制御量を分散電源へ配分した量を指令値としてメータデータ管理システム２を介してスマートメータ３に送信し、太陽光インバータ４の無効電力を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要家毎に設置されるスマートメータを介して配電線に連系されるインバータ制御可能な分散電源と、前記スマートメータが接続される通信網とを有する分散電源システムであって、
前記配電線における前記分散電源が連系されるノードの電圧値と配電用変電所の電圧値とを収集する手段と、
前記スマートメータで計測される前記分散電源から前記配電線へ送り出される電力量を前記通信網を介して収集する手段と、
前記ノードの電圧値が電圧目標値を上回る場合に、前記ノードの電圧値と、前記配電用変電所の電圧値と、前記電圧目標値と、前記スマートメータで取得された電力量と、前記ノードの配電線インピーダンスとを用いて無効電力制御量を計算する手段と、
前記無効電力制御量を前記分散電源へ配分する手段と、
前記配分された無効電力制御量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の無効電力を制御する手段と
を具備することを特徴とする分散電源システム。
【請求項２】
前記計算された無効電力制御量が予め設定された力率下限値を下回る場合に、前記分散電源の有効電力出力抑制量を計算する手段と、
前記有効電力出力抑制量を前記分散電源へ配分する手段と、
前記配分された有効電力出力抑制量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の有効電力を制御する手段と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の分散電源システム。
【請求項３】
需要家毎に設置されるスマートメータを介して配電線に連系されるインバータ制御可能な分散電源と、前記スマートメータが接続される通信網とを有する分散電源システムに用いられる方法であって、
前記配電線における前記分散電源が連系されるノードの電圧値と配電用変電所の電圧値とを収集するステップと、
前記スマートメータで計測される前記分散電源から前記配電線へ送り出される電力量を前記通信網を介して収集するステップと、
前記ノードの電圧値が電圧目標値を上回る場合に、前記ノードの電圧値と、前記配電用変電所の電圧値と、前記電圧目標値と、前記スマートメータで取得された電力量と、前記ノードの配電線インピーダンスとを用いて無効電力制御量を計算するステップと、
前記無効電力制御量を前記分散電源へ配分するステップと、
前記配分された無効電力制御量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の無効電力を制御するステップと
を有することを特徴とする電圧調整方法。
【請求項４】
前記計算された無効電力制御量が予め設定された力率下限値を下回る場合に、前記分散電源の有効電力出力抑制量を計算するステップと、
前記有効電力出力抑制量を前記分散電源へ配分するステップと、
前記配分された有効電力出力抑制量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の有効電力を制御するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項３記載の電圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、分散電源が連系される配電線の電圧を調整する分散電源システム及び電圧調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境とエネルギーに対する関心が高まり、太陽光発電、風力発電や燃料電池等の分散電源の導入が進められている。その一方で、配電線に連系された分散電源からの逆潮流により系統電圧が上昇し、電圧が適正範囲から逸脱する可能性が指摘されている。配電線電圧が適正範囲に維持されないと負荷機器の動作や寿命への影響、送電損失の増加が懸念される。そこで、配電線電圧については、電気事業法において適正電圧範囲が規定されている。また、分散電源を電力系統に連系する場合の技術要件としては、非特許文献１に定められている。
【０００３】
分散電源からの逆潮流により系統電圧が適正範囲から逸脱するような場合には、余剰な電力を蓄電するか、太陽光発電等の出力を抑制する必要がある。しかしながら、蓄電池の設置コストは高く、また出力抑制では需要家が太陽光発電で賄う分の消費電力を購入しなければならず、経済性が損なわれるといった問題がある。
【０００４】
配電線の電圧調整には、有効電力の抑制だけでなく、無効電力制御が有効であり、太陽光発電システムのインバータ出力の電力を調整することで進相無効電力出力（負荷において消費されない電力）を増加させ、電圧を調整する手法が考えられる（例えば、特許文献１を参照。）。無効電力制御によって電圧を調整すれば、有効電力をできるだけ抑制せずに、太陽光発電の電力を十分に活用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３５６４０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」、資源エネルギー庁、Ｈ１６年１０月１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、電圧を適正範囲に維持するための無効電力量は、設置場所（配電線のインピーダンス）に応じて異なる。また、配電線には多数の負荷があり、負荷の大きさは時々刻々と変化し、分散電源として太陽光発電システムを例にとれば、その出力も太陽の日射量によって不規則に変化する。つまり、設置場所と、その時々の状況に応じて無効電力の制御量を決める必要がある。
【０００８】
本実施形態の目的は、分散電源が連系される配電線の電圧を最適化し、電力供給の安定性を高めることができる分散電源システム及び電圧調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態に係る分散電源システムは、需要家毎に設置されるスマートメータを介して配電線に連系されるインバータ制御可能な分散電源と、前記スマートメータが接続される通信網とを有する分散電源システムであって、前記配電線における前記分散電源が連系されるノードの電圧値と配電用変電所の電圧値とを収集する手段と、前記スマートメータで計測される前記分散電源から前記配電線へ送り出される電力量を前記通信網を介して収集する手段と、前記ノードの電圧値が電圧目標値を上回る場合に、前記ノードの電圧値と、前記配電用変電所の電圧値と、前記電圧目標値と、前記スマートメータで取得された電力量と、前記ノードの配電線インピーダンスとを用いて無効電力制御量を計算する手段と、前記無効電力制御量を前記分散電源へ配分する手段と、前記配分された無効電力制御量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の無効電力を制御する手段とを具備する。
【００１０】
本実施形態に係る電圧調整方法は、需要家毎に設置されるスマートメータを介して配電線に連系されるインバータ制御可能な分散電源と、前記スマートメータが接続される通信網とを有する分散電源システムに用いられる方法であって、前記配電線における前記分散電源が連系されるノードの電圧値と配電用変電所の電圧値とを収集するステップと、前記スマートメータで計測される前記分散電源から前記配電線へ送り出される電力量を前記通信網を介して収集するステップと、前記ノードの電圧値が電圧目標値を上回る場合に、前記ノードの電圧値と、前記配電用変電所の電圧値と、前記電圧目標値と、前記スマートメータで取得された電力量と、前記ノードの配電線インピーダンスとを用いて無効電力制御量を計算するステップと、前記無効電力制御量を前記分散電源へ配分するステップと、前記配分された無効電力制御量を前記通信網を介して前記スマートメータに送信し、前記分散電源のインバータ出力の無効電力を制御するステップとを有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る分散電源システムを示す図。
【図２】第１実施形態に係る分散電源システムの通信系統を示す図。
【図３】第１実施形態に係る分散電源システムの配電系統を示す図。
【図４】第１実施形態に係る配電制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態に係る配電制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る分散電源システム及び電圧調整方法を説明する。本実施形態では、分散電源として太陽光発電を例にとって説明するが、その他にも風力発電、燃料電池などにも同様に適用することができる。
【００１３】
（第１実施形態）  
図１は、第１実施形態に係る分散電源システム示す図である。この分散電源システムは、配電自動化システム１と、メータデータ管理システム（ＭＤＭＳ：Meter Data Management System）２と、需要家毎に設置されるスマートメータ３及び太陽光インバータ４を有する。なお、図１の構成に限定されず、配電自動化システム１とメータデータ管理システム２を一体化して構成することもできる。
【００１４】
スマートメータ３は、需要家と電力会社のシステムとの間で双方向通信が可能な電力量計であり、需要家の負荷の消費電力や太陽光発電による発電量を計測し、計測結果をもとに太陽光発電から配電線へ送り出される（逆潮流）の電力量（計測値ΔＷ）をメータデータ管理システム２に通知する。また、スマートメータ３は太陽光インバータ４と有線又は無線により通信可能であり、配電自動化システム１はメータデータ管理システム２を介してスマートメータ３に指令値を送信して太陽光インバータ４を制御することができる。
【００１５】
配電自動化システム１は、分散電源が連系される各管理ノード（開閉器設置箇所）の電圧の計測値Ｖｐ、配電用変電所の電圧の計測値Ｖ０を収集する。配電自動化システム１のメモリには、配電線インピーダンスデータＲ，Ｘ、及び管理ノードの電圧目標値Ｖｒｅｆが、予め記憶されている。
【００１６】
メータデータ管理システム２は、通信回線を介して配電自動化システム１と接続され、スマートメータ３と配電自動化システム１との間で情報を送受信する。メータデータ管理システム２は、スマートメータ３により通知される各需要家の計測値ΔＷを通信網を介して収集して配電自動化システム１に送信する。
【００１７】
配電自動化システム１は、メータデータ管理システム２とスマートメータ３を介して各需要家の計測値ΔＷを収集し、太陽光発電出力（逆潮流）が大きく配電線の電圧が上昇する場合には、電圧を調整するために必要な無効電力制御量ΔＱを計算し、無効電力制御量ΔＱを配分した指令値ΔＱｐとしてメータデータ管理システム２を介してスマートメータ３に送信する。
【００１８】
太陽光インバータ４は、スマートメータ３から与えられる指令値ΔＱｐに基づいて無効電力を出力する。
【００１９】
図２は、この分散電源システムの通信系統を示す図である。配電自動化システム１は、配電自動化システム１が管理する開閉器／配電設備１０１と、メータデータ管理システム２と通信回線を介してそれぞれ接続される。メータデータ管理システム２は、通信インフラ（通信網）２０１を介して各需要家に設置されるスマートメータ３と接続される。スマートメータ３は、太陽光発電システムの出力を交流電力に変換する太陽光発電インバータ４に接続されている。これらの機器間で情報を送受信し、配電線の電圧を調整する。
【００２０】
図３は、この分散電源システムの配電系統を示す図である。送電されてきた電力は、配電用変電所で電圧が６．６ｋＶへ変圧され、配電線と柱状変圧器を介して負荷へと配電される。図３には、柱状変圧器から下位の負荷群として、需要家毎に設置されるスマートメータ３と、太陽光発電のインバータ４を示す。配電線インピーダンス１０は、予め記憶データとして配電自動化システム１のメモリに保持されている。配電用変電所の６ｋＶ側電圧１１と、配電自動化システム１の管理ノード（開閉器設置箇所）の電圧１２は、配電自動化システム１により制御周期毎に収集されるデータである。
【００２１】
図４は、第１実施形態に係る分散電源システムの処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００２２】
配電自動化システム１は、管理ノード（開閉器設置箇所）の電圧データ１２（Ｖｐとする）を収集する（ステップＳ１０１）。配電自動化システム１は、スマートメータ３が計測した電力データをメータデータ管理システム２を介して収集し、制御周期の差分ΔＰを算出する（ステップＳ１０２）。例えば、制御周期の差分ΔＰは、計測値ΔWを制御周期で割ることで得られ、３０分間の電力量が５０［Ｗｈ］（ΔW）であれば、５０［Ｗｈ］／０．５［ｈ］＝１００［Ｗ］（ΔＰ）となる。
【００２３】
配電自動化システム１は、管理ノードの電圧データ１２が適正範囲の上限を超過するかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。上限を超える場合には、上記算出された制御周期の差分ΔＰと、収集された配電用変電所の６ｋＶ側電圧１１および管理ノードの電圧１２と、予め記憶される配電線インピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）１０および電圧目標値（Ｖｒｅｆ）に基づいて無効電力制御量ΔＱを計算する（ステップＳ１０４）。なお、電圧目標値Ｖｒｅｆは、非特許文献１に示すガイドラインに規定される適正範囲となるように、各管理ノードに予め設定した値を用いる。
【００２４】
ここで、ステップＳ１０４における無効電力制御量ΔＱの計算方法の一例を示す。例えば、太陽光発電の出力が増加して電圧目標値を超過したとき、スマートメータ３にて計測される太陽光発電の出力増加分ΔＰを用いると、無効電力制御量ΔＱは、下記の式１により計算できる。
【数１】
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【００２５】
式１によれば、日射量によって変わる太陽光発電の出力に応じた制御量でありかつ、配電線のインピーダンスを考慮することで配電線全体として過不足のない無効電力分布となる制御量を求めることができる。
【００２６】
管理ノードの低圧側配電線には、複数の太陽光発電が接続されているため、配電自動化システム１は、合計が無効電力制御量ΔＱとなるように各太陽光発電のインバータ４へ配分する量ΔＱｐを計算する（ステップＳ１０５）。例えば、管理ノードに接続する太陽光発電システム数をＭとしたとき、ΔＱｐ＝ΔＱ／Ｍとして配分量を求めることができる。また、各需要家の電力（消費電力と太陽光発電電力との差）に応じて無効電力制御量ΔＱの配分を決める、あるいは、低圧側配電線のインピーダンスによる無効電力損失を考慮してΔＱを配分しても良い。
【００２７】
配電自動化システム１は、メータデータ管理システム２を介して、太陽光発電システムのインバータ４へ無効電力制御量の配分量ΔＱｐを含む指令値ΔＱｐをスマートメータ３に送信する（ステップＳ１０６）。スマートメータ３は、指令値ΔＱｐに従って太陽光発電システムのインバータ４の進相無効電力をΔＱｐだけ増加させる。
【００２８】
以上述べたように、第１実施形態では、配電系統全体として最適な無効電力制御量を配電自動化システム１が計算し、スマートメータ３を介して太陽光発電のインバータ４へ制御指令を与えることで、配電設備と需要家設備の全体を効率的に用いて電圧制御を行うことが可能となる。
【００２９】
したがって、第１実施形態によれば、太陽光発電出力が余剰となり配電線の電圧上昇を引き起こす場合に、太陽光発電出力の抑制を避けてインバータの進相無効電力制御によって電圧上昇を抑制することができ、太陽光発電出力を有効に利用できる。また、日射量に応じた太陽光出力に即した無効電力制御量であるため、インバータの容量増大を防止できる。配電線に複数の太陽光発電システムが設置される場合には、設置場所の配電線インピーダンスと電圧に対して、配電線全体として適度な無効電力制御量を各インバータに設定できる。
【００３０】
（第２実施形態）  
図５を用いて、第２実施形態に係る分散電源システムを説明する。なお、第２実施形態の構成については、上記第１実施形態と同様の構成であるため、図１乃至図３を用いて説明を行い、重複する説明は省略する。
【００３１】
図５は、第２実施形態に係る分散電源システムの処理手順の一例を示すフローチャートである。先ず、図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、第１実施形態と同じ処理を実行する。
【００３２】
ステップＳ２０５において、配電自動化システム１は、管理ノードの力率が「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」に示される適正値以下であるかどうかを判定する。力率が適正値以下でない場合は、第１実施形態と同様に無効電力制御を行う（ステップＳ１０５、１０６）。力率は、下記の式２により計算することができる。
【数２】
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【００３３】
力率が適正値以下であると判定された場合は、太陽光発電の有効電力出力を抑制する処理を行う。配電自動化システム１は、太陽光発電の有効電力出力抑制量ΔＰｃを計算する（ステップＳ２０６）。例えば、有効電力出力抑制量ΔＰｃは、式１の無効電力制御量ΔＱをゼロとして式１を解いて求める。次に合計がΔＰｃとなるように各太陽光発電のインバータ５へ配分する量ΔＰｐを計算する（ステップＳ２０７）。
【００３４】
配電自動化システム１は、メータデータ管理システム２を介して、太陽光発電システムのインバータ４へ有効電力出力抑制量の配分量ΔＰｐを含む指令値ΔＰｐをスマートメータ３に送信する（ステップＳ２０８）。スマートメータ３は、指令値ΔＰｐに従って太陽光発電システムのインバータ４の太陽光発電の有効電力出力をΔＰｐだけ抑制させる。
【００３５】
このように第２実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に加えて、太陽光発電システム設置場所の力率を悪化させることなく、日射量に応じた太陽光出力に対して配電線全体として適度な有効電力・無効電力制御量を決めるため、太陽光発電の電力を十分に活用することが可能となる。
【００３６】
（他の実施形態）  
スマートメータ３の計測値ΔＷの代わりに、負荷の電力を配電自動化システム１が収集する管理ノード（開閉器設置箇所）のデータを用いるようにしてもよい。本実施形態によっても、第１実施形態及び第２実施形態と同じ効果が得られる。
【００３７】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１…配電自動化システム、２…メータデータ管理システム（ＭＤＭＳ）、３…スマートメータ、４…太陽光発電のインバータ、１０…配電線インピーダンス、１１…配電用変電所６ｋＶ側電圧、１２…配電線管理ノード（開閉器設置箇所）電圧、１０１…開閉器／配電用機器、２０１…通信インフラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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